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奇淫巧技,CompletableFuture 异步多线程是真的优雅

好好学java

共 34868字，需浏览 70分钟

 ·

2023-08-13 04:24

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一个示例回顾Future

一些业务场景我们需要使用多线程异步执行任务，加快任务执行速度。

JDK5新增了Future接口，用于描述一个异步计算的结果。

虽然 Future 以及相关使用方法提供了异步执行任务的能力，但是对于结果的获取却是很不方便，我们必须使用Future.get()的方式阻塞调用线程，或者使用轮询方式判断 Future.isDone 任务是否结束，再获取结果。

这两种处理方式都不是很优雅，相关代码如下:

      
      @Test  
public void testFuture() throws ExecutionException, InterruptedException {  
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);  
    Future<String> future = executorService.submit(() -> {  
        Thread.sleep(2000);  
        return "hello";  
    });  
    System.out.println(future.get());  
    System.out.println("end");  
}  

与此同时，Future无法解决多个异步任务需要相互依赖的场景，简单点说就是，主线程需要等待子线程任务执行完毕之后在进行执行，这个时候你可能想到了CountDownLatch，没错确实可以解决，代码如下。

这里定义两个Future，第一个通过用户id获取用户信息，第二个通过商品id获取商品信息。

      
      @Test  
 public void testCountDownLatch() throws InterruptedException, ExecutionException {  
     ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(5);  
     CountDownLatch downLatch = new CountDownLatch(2);  
     long startTime = System.currentTimeMillis();  
     Future<String> userFuture = executorService.submit(() -> {  
         //模拟查询商品耗时500毫秒  
         Thread.sleep(500);  
         downLatch.countDown();  
         return "用户A";  
     });  

     Future<String> goodsFuture = executorService.submit(() -> {  
         //模拟查询商品耗时500毫秒  
         Thread.sleep(400);  
         downLatch.countDown();  
         return "商品A";  
     });  

     downLatch.await();  
     //模拟主程序耗时时间  
     Thread.sleep(600);  
     System.out.println("获取用户信息:" + userFuture.get());  
     System.out.println("获取商品信息:" + goodsFuture.get());  
     System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");  

 }  

「运行结果」 

      
      获取用户信息:用户A  
获取商品信息:商品A  
总共用时1110ms  

从运行结果可以看出结果都已经获取，而且如果我们不用异步操作，执行时间应该是:500+400+600 = 1500，用异步操作后实际只用1110。

但是Java8以后我不在认为这是一种优雅的解决方式，接下来来了解下CompletableFuture的使用。

通过CompletableFuture实现上面示例 

      
      @Test  
public void testCompletableInfo() throws InterruptedException, ExecutionException {  
    long startTime = System.currentTimeMillis();  

      //调用用户服务获取用户基本信息  
      CompletableFuture<String> userFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() ->  
              //模拟查询商品耗时500毫秒  
      {  
          try {  
              Thread.sleep(500);  
          } catch (InterruptedException e) {  
              e.printStackTrace();  
          }  
          return "用户A";  
      });  

      //调用商品服务获取商品基本信息  
      CompletableFuture<String> goodsFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() ->  
              //模拟查询商品耗时500毫秒  
      {  
          try {  
              Thread.sleep(400);  
          } catch (InterruptedException e) {  
              e.printStackTrace();  
          }  
          return "商品A";  
      });  

      System.out.println("获取用户信息:" + userFuture.get());  
      System.out.println("获取商品信息:" + goodsFuture.get());  

      //模拟主程序耗时时间  
      Thread.sleep(600);  
      System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");  
}  

运行结果

      
      获取用户信息:用户A  
获取商品信息:商品A  
总共用时1112ms  

通过CompletableFuture可以很轻松的实现CountDownLatch的功能，你以为这就结束了，远远不止，CompletableFuture比这要强多了。

比如可以实现：任务1执行完了再执行任务2,甚至任务1执行的结果，作为任务2的入参数等等强大功能，下面就来学学CompletableFuture的API。

CompletableFuture创建方式

1、常用的4种创建方式

CompletableFuture源码中有四个静态方法用来执行异步任务

      
      public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier){..}  
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier,Executor executor){..}  
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable){..}  
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,Executor executor){..}  

一般我们用上面的静态方法来创建CompletableFuture，这里也解释下他们的区别:

  • 「supplyAsync」执行任务，支持返回值。

  • 「runAsync」执行任务，没有返回值。

「supplyAsync方法」 

      
      //使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool()，根据supplier构建执行任务  
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier)  
//自定义线程，根据supplier构建执行任务  
public static <U> CompletableFuture<U> supplyAsync(Supplier<U> supplier, Executor executor)  

「runAsync方法」 

      
      
        //使用默认内置线程池ForkJoinPool.commonPool()，根据runnable构建执行任务  
        
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable)   
//自定义线程，根据runnable构建执行任务  
public static CompletableFuture<Void> runAsync(Runnable runnable,  Executor executor)  

2、结果获取的4种方式

对于结果的获取CompltableFuture类提供了四种方式

      
      
        //方式一  
        
public T get()  
//方式二  
public T get(long timeout, TimeUnit unit)  
//方式三  
public T getNow(T valueIfAbsent)  
//方式四  
public T join()  

说明：

  • 「get()和get(long timeout, TimeUnit unit)」 => 在Future中就已经提供了，后者提供超时处理，如果在指定时间内未获取结果将抛出超时异常

  • 「getNow」 => 立即获取结果不阻塞，结果计算已完成将返回结果或计算过程中的异常，如果未计算完成将返回设定的valueIfAbsent值

  • 「join」 => 方法里不会抛出异常

示例：

      
      @Test  
public void testCompletableGet() throws InterruptedException, ExecutionException {  

    CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        try {  
            Thread.sleep(1000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return "商品A";  
    });  

    // getNow方法测试   
    System.out.println(cp1.getNow("商品B"));  

    //join方法测试   
    CompletableFuture<Integer> cp2 = CompletableFuture.supplyAsync((() -> 1 / 0));  
    System.out.println(cp2.join());  
   System.out.println("-----------------------------------------------------");  
    //get方法测试  
    CompletableFuture<Integer> cp3 = CompletableFuture.supplyAsync((() -> 1 / 0));  
    System.out.println(cp3.get());  
}  

「运行结果」：

  • 第一个执行结果为 「商品B」，因为要先睡上1秒结果不能立即获取

  • join方法获取结果方法里不会抛异常，但是执行结果会抛异常，抛出的异常为CompletionException

  • get方法获取结果方法里将抛出异常，执行结果抛出的异常为ExecutionException

异步回调方法

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1、thenRun/thenRunAsync

通俗点讲就是，「做完第一个任务后，再做第二个任务,第二个任务也没有返回值」。

示例

      
      @Test  
public void testCompletableThenRunAsync() throws InterruptedException, ExecutionException {  
    long startTime = System.currentTimeMillis();  
      
    CompletableFuture<Void> cp1 = CompletableFuture.runAsync(() -> {  
        try {  
            //执行任务A  
            Thread.sleep(600);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  

    });  

    CompletableFuture<Void> cp2 =  cp1.thenRun(() -> {  
        try {  
            //执行任务B  
            Thread.sleep(400);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    });  

    // get方法测试  
    System.out.println(cp2.get());  

    //模拟主程序耗时时间  
    Thread.sleep(600);  
    System.out.println("总共用时" + (System.currentTimeMillis() - startTime) + "ms");  
}  
  
//运行结果    
/**  
 *  null  
 *  总共用时1610ms  
 */  

「thenRun 和thenRunAsync有什么区别呢？」

如果你执行第一个任务的时候，传入了一个自定义线程池：

  • 调用thenRun方法执行第二个任务时，则第二个任务和第一个任务是共用同一个线程池。

  • 调用thenRunAsync执行第二个任务时，则第一个任务使用的是你自己传入的线程池，第二个任务使用的是ForkJoin线程池。

说明: 后面介绍的thenAccept和thenAcceptAsync，thenApply和thenApplyAsync等，它们之间的区别也是这个。

2、thenAccept/thenAcceptAsync

第一个任务执行完成后，执行第二个回调方法任务，会将该任务的执行结果，作为入参，传递到回调方法中，但是回调方法是没有返回值的。

示例 

      
      @Test  
public void testCompletableThenAccept() throws ExecutionException, InterruptedException {  
    long startTime = System.currentTimeMillis();  
    CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        return "dev";  

    });  
    CompletableFuture<Void> cp2 =  cp1.thenAccept((a) -> {  
        System.out.println("上一个任务的返回结果为: " + a);  
    });  
   
    cp2.get();  
}  

3、 thenApply/thenApplyAsync

表示第一个任务执行完成后，执行第二个回调方法任务，会将该任务的执行结果，作为入参，传递到回调方法中，并且回调方法是有返回值的。

示例

      
      @Test  
public void testCompletableThenApply() throws ExecutionException, InterruptedException {  
    CompletableFuture<String> cp1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        return "dev";  

    }).thenApply((a) -> {  
        if(Objects.equals(a,"dev")){  
            return "dev";  
        }  
        return "prod";  
    });  

    System.out.println("当前环境为:" + cp1.get());  

    //输出: 当前环境为:dev  
}  

异常回调

当CompletableFuture的任务不论是正常完成还是出现异常它都会调用 「whenComplete」这回调函数。

  • 「正常完成」：whenComplete返回结果和上级任务一致，异常为null；

  • 「出现异常」：whenComplete返回结果为null，异常为上级任务的异常；

即调用get()时，正常完成时就获取到结果，出现异常时就会抛出异常，需要你处理该异常。

下面来看看示例

1、只用whenComplete 

      
      @Test  
public void testCompletableWhenComplete() throws ExecutionException, InterruptedException {  
    CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  

        if (Math.random() < 0.5) {  
            throw new RuntimeException("出错了");  
        }  
        System.out.println("正常结束");  
        return 0.11;  

    }).whenComplete((aDouble, throwable) -> {  
        if (aDouble == null) {  
            System.out.println("whenComplete aDouble is null");  
        } else {  
            System.out.println("whenComplete aDouble is " + aDouble);  
        }  
        if (throwable == null) {  
            System.out.println("whenComplete throwable is null");  
        } else {  
            System.out.println("whenComplete throwable is " + throwable.getMessage());  
        }  
    });  
    System.out.println("最终返回的结果 = " + future.get());  
}  

正常完成，没有异常时：

      
      正常结束  
whenComplete aDouble is 0.11  
whenComplete throwable is null  
最终返回的结果 = 0.11  

出现异常时：get()会抛出异常

      
      whenComplete aDouble is null  
whenComplete throwable is java.lang.RuntimeException: 出错了  
  
java.util.concurrent.ExecutionException: java.lang.RuntimeException: 出错了  
 at java.util.concurrent.CompletableFuture.reportGet(CompletableFuture.java:357)  
 at java.util.concurrent.CompletableFuture.get(CompletableFuture.java:1895)  

2、whenComplete + exceptionally示例 

      
      @Test  
public void testWhenCompleteExceptionally() throws ExecutionException, InterruptedException {  
    CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        if (Math.random() < 0.5) {  
            throw new RuntimeException("出错了");  
        }  
        System.out.println("正常结束");  
        return 0.11;  

    }).whenComplete((aDouble, throwable) -> {  
        if (aDouble == null) {  
            System.out.println("whenComplete aDouble is null");  
        } else {  
            System.out.println("whenComplete aDouble is " + aDouble);  
        }  
        if (throwable == null) {  
            System.out.println("whenComplete throwable is null");  
        } else {  
            System.out.println("whenComplete throwable is " + throwable.getMessage());  
        }  
    }).exceptionally((throwable) -> {  
        System.out.println("exceptionally中异常：" + throwable.getMessage());  
        return 0.0;  
    });  

    System.out.println("最终返回的结果 = " + future.get());  
}  

当出现异常时，exceptionally中会捕获该异常，给出默认返回值0.0。

      
      whenComplete aDouble is null  
whenComplete throwable is java.lang.RuntimeException: 出错了  
exceptionally中异常：java.lang.RuntimeException: 出错了  
最终返回的结果 = 0.0  

多任务组合回调

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1、AND组合关系

thenCombine / thenAcceptBoth / runAfterBoth都表示：「当任务一和任务二都完成再执行任务三」。

区别在于：

  • 「runAfterBoth」 不会把执行结果当做方法入参，且没有返回值

  • 「thenAcceptBoth」: 会将两个任务的执行结果作为方法入参，传递到指定方法中，且无返回值

  • 「thenCombine」：会将两个任务的执行结果作为方法入参，传递到指定方法中，且有返回值

示例

      
      @Test  
public void testCompletableThenCombine() throws ExecutionException, InterruptedException {  
    //创建线程池  
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);  
    //开启异步任务1  
    CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        System.out.println("异步任务1，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());  
        int result = 1 + 1;  
        System.out.println("异步任务1结束");  
        return result;  
    }, executorService);  

    //开启异步任务2  
    CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        System.out.println("异步任务2，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());  
        int result = 1 + 1;  
        System.out.println("异步任务2结束");  
        return result;  
    }, executorService);  

    //任务组合  
    CompletableFuture<Integer> task3 = task.thenCombineAsync(task2, (f1, f2) -> {  
        System.out.println("执行任务3，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());  
        System.out.println("任务1返回值：" + f1);  
        System.out.println("任务2返回值：" + f2);  
        return f1 + f2;  
    }, executorService);  

    Integer res = task3.get();  
    System.out.println("最终结果：" + res);  
}  

「运行结果」 

      
      异步任务1，当前线程是：17  
异步任务1结束  
异步任务2，当前线程是：18  
异步任务2结束  
执行任务3，当前线程是：19  
任务1返回值：2  
任务2返回值：2  
最终结果：4  

2、OR组合关系

applyToEither / acceptEither / runAfterEither 都表示：「两个任务，只要有一个任务完成，就执行任务三」。

区别在于：

  • 「runAfterEither」：不会把执行结果当做方法入参，且没有返回值

  • 「acceptEither」: 会将已经执行完成的任务，作为方法入参，传递到指定方法中，且无返回值

  • 「applyToEither」：会将已经执行完成的任务，作为方法入参，传递到指定方法中，且有返回值

示例

      
      @Test  
public void testCompletableEitherAsync() {  
    //创建线程池  
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);  
    //开启异步任务1  
    CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        System.out.println("异步任务1，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());  

        int result = 1 + 1;  
        System.out.println("异步任务1结束");  
        return result;  
    }, executorService);  

    //开启异步任务2  
    CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        System.out.println("异步任务2，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());  
        int result = 1 + 2;  
        try {  
            Thread.sleep(3000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("异步任务2结束");  
        return result;  
    }, executorService);  

    //任务组合  
    task.acceptEitherAsync(task2, (res) -> {  
        System.out.println("执行任务3，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());  
        System.out.println("上一个任务的结果为："+res);  
    }, executorService);  
}  

运行结果

      
      //通过结果可以看出，异步任务2都没有执行结束，任务3获取的也是1的执行结果  
异步任务1，当前线程是：17  
异步任务1结束  
异步任务2，当前线程是：18  
执行任务3，当前线程是：19  
上一个任务的结果为：2  

注意

如果把上面的核心线程数改为1也就是

      
      ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);  

运行结果就是下面的了，会发现根本没有执行任务3，显然是任务3直接被丢弃了。

      
      异步任务1，当前线程是：17  
异步任务1结束  
异步任务2，当前线程是：17  

3、多任务组合

  • 「allOf」：等待所有任务完成

  • 「anyOf」：只要有一个任务完成

示例

allOf：等待所有任务完成 

      
      @Test  
public void testCompletableAallOf() throws ExecutionException, InterruptedException {  
    //创建线程池  
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);  
    //开启异步任务1  
    CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        System.out.println("异步任务1，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());  
        int result = 1 + 1;  
        System.out.println("异步任务1结束");  
        return result;  
    }, executorService);  

    //开启异步任务2  
    CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        System.out.println("异步任务2，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());  
        int result = 1 + 2;  
        try {  
            Thread.sleep(3000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("异步任务2结束");  
        return result;  
    }, executorService);  

    //开启异步任务3  
    CompletableFuture<Integer> task3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        System.out.println("异步任务3，当前线程是：" + Thread.currentThread().getId());  
        int result = 1 + 3;  
        try {  
            Thread.sleep(4000);  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        System.out.println("异步任务3结束");  
        return result;  
    }, executorService);  

    //任务组合  
    CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(task, task2, task3);  

    //等待所有任务完成  
    allOf.get();  
    //获取任务的返回结果  
    System.out.println("task结果为：" + task.get());  
    System.out.println("task2结果为：" + task2.get());  
    System.out.println("task3结果为：" + task3.get());  
}  

anyOf: 只要有一个任务完成 

      
      @Test  
public void testCompletableAnyOf() throws ExecutionException, InterruptedException {  
    //创建线程池  
    ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);  
    //开启异步任务1  
    CompletableFuture<Integer> task = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        int result = 1 + 1;  
        return result;  
    }, executorService);  

    //开启异步任务2  
    CompletableFuture<Integer> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        int result = 1 + 2;  
        return result;  
    }, executorService);  

    //开启异步任务3  
    CompletableFuture<Integer> task3 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        int result = 1 + 3;  
        return result;  
    }, executorService);  

    //任务组合  
    CompletableFuture<Object> anyOf = CompletableFuture.anyOf(task, task2, task3);  
    //只要有一个有任务完成  
    Object o = anyOf.get();  
    System.out.println("完成的任务的结果：" + o);  
}  

CompletableFuture使用有哪些注意点

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CompletableFuture 使我们的异步编程更加便利的、代码更加优雅的同时，我们也要关注下它，使用的一些注意点。

1、Future需要获取返回值，才能获取异常信息 

      
      @Test  
public void testWhenCompleteExceptionally() {  
    CompletableFuture<Double> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {  
        if (1 == 1) {  
            throw new RuntimeException("出错了");  
        }  
        return 0.11;  
    });  

    //如果不加 get()方法这一行，看不到异常信息  
    //future.get();  
}  

Future需要获取返回值，才能获取到异常信息。如果不加 get()/join()方法，看不到异常信息。

小伙伴们使用的时候，注意一下哈,考虑是否加try...catch...或者使用exceptionally方法。

2、CompletableFuture的get()方法是阻塞的

CompletableFuture的get()方法是阻塞的，如果使用它来获取异步调用的返回值，需要添加超时时间。

      
      //反例  
 CompletableFuture.get();  
//正例  
CompletableFuture.get(5, TimeUnit.SECONDS);  

3、不建议使用默认线程池

CompletableFuture代码中又使用了默认的 「ForkJoin线程池」，处理的线程个数是电脑 「CPU核数-1」。在大量请求过来的时候，处理逻辑复杂的话，响应会很慢。一般建议使用自定义线程池，优化线程池配置参数。

4、自定义线程池时，注意饱和策略

CompletableFuture的get()方法是阻塞的，我们一般建议使用future.get(5, TimeUnit.SECONDS)。并且一般建议使用自定义线程池。

但是如果线程池拒绝策略是DiscardPolicy或者DiscardOldestPolicy，当线程池饱和时，会直接丢弃任务，不会抛弃异常。因此建议，CompletableFuture线程池策略最好使用AbortPolicy，然后耗时的异步线程，做好线程池隔离哈。

来源｜ 后端元宇宙

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